DE1589746A1 - Elektromagnetische Betaetigungsvorrichtung - Google Patents

Elektromagnetische Betaetigungsvorrichtung

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Description

DIPL-ING. CURT WALLA1CH" DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH
8 MÜNCHEN 2, ^D, ύβρ. 1967
UNSER ZEICHEN: 1 1 024
THE ENGLISH ELECTRIC COMPAJH" LIMITED, London W.C.2, England Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Betätigungsvorricntungen.
Es ist bereits bekannt, elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen vorzusehen, die einen Anker umfassen, welcher zwischen zwei stabilen Stellungen bewegbar ist» Bei solchen Betätigungsvorrichtungen ist ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet vorgesehen, und ferner sind Wicklungen zum Umlenken des Magnetflusses vorhanden; die Bewegung des Ankers wird hierbei dadurch herbeigeführt, daß die Wicklungen auf geeignete Weise mit elektrischem Strom gespeist werden. Bei solchen Anordnungen werden bis jetzt Ankerbewegungen über eine Strecke von ζ·Β· etwa 7»5 mm erzielt.
Solche Betätigungevorrichtungen ermöglichen es auf besonders vorteilhafte Weise, die Betätigung elektrischer Schalter zu steuern) zu diesem Zweck werden die beweglichen Kontakte des zu steuernden Schalters auf dem Anker der Betätigungsvorrichtung angeordnet. Zwar haben sich solche Anordnungen in dtr
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Praxis bewährt, doch hat es sich in neuerer Zeit gezeigt, daß man insbesondere zum Steuern der Betätigung elektrischer Schalter der Vakuumunterbrecherbauart Betätigungsvorrichtungen benötigt, bei denen der Anker längs einer Strecke in der Größenordnung von etwa 25 mm bewegt werden kann. Dies ist erforderlich, um einen größeren Abstand zwisciien den festen und den beweglichen .kontakten der behälter Herbeizuführen und um die Länge der Wischbewegung zwischen den festen und den beweglicnen Kontakten uer Schalter zu vergrößern.
Die Erfindung sieht nunmehr eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung vor, die zwei ferromagnetische Bauteile umfaßt, welche in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar sind, ferner einen Dauermagneten oder einen Elektromagneten zum Erzeugen eines Magnetflusses in einem geschlossenen magnetischen Kreis, der die beiden Bauteile umfaßt, so daß diese Bauteile jeweils in der einen oder der anderen von zwei stabilen Stellungen zueinander festgehalten werden, sowie mehrere V/icklungen zum Umlenken des Hagnetflusses, mittels deren der Verlauf des geschlossenen magnetischen Kreises so geändert werden kann, daß die erwähnten Bauteile jeweils zwischen der einen stabilen Stellung und der anderen stabilen Stellung bewegt werden können.
Eines der erwähnten Bauteile trägt vorzugsweise mehrere durch axiale Abstände getrennte Polpaare, wobei die jedes Paar bildenden Pole durch einen axialen Abstand getrennt sind, und. wobei eine der Wicklungen zum Umlenken des Hagnetflusses zwi» sehen den Polen angeordnet ist; hierbei sind die Polpaare so
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angeordnet, daß sie nacheinander mit einem Überbrückungspol in dem anderen Bauteil zusammenarbeiten, um es der betreffenden Wicklung zum Umlenken des Magnetflusses zu ermöglichen, den Verlauf des geschlossenen magnetischen Kreises so zu verändern, daß die erwähnte Relativbewegung eingeleitet wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das erwähnte andere Bauteil einen ersten und einen zweiten Überbrickungspol auf, und die Abmessungen der Überbrückungsglieder und ihr gegenseitiger Abstand sind so gewählt, daß dann, wenn der erste Überbrückungspol anfänglich mit einem ersten der Polpaare zusammenarbeitet, der zweite Überbrückungspol nur mit einem Pol eines zweiten Polpaars zusammenarbeitet, wobei die Relativbewegung zwischen den Bauteilen, die durch die Magnetflußumlenkwicklung für das erste Polpaar eingeleitet wird, des zweiten Überbrückungspol veranlaßt, mit beiden Polen des zweiten Polpaars zusammenzuarbeiten, um es der zugehörigen Hagnetflußumlenkwicklung zu ermöglichen, eine weitere Relativbewegung zwischen den Bauteilen einzuleiten.
V/eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.
Mg. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung im Längsschnitt.
Pig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie X-X in Fig.
Fig. 5 zeigt in einem Schaltbild, auf welche Weise die
Magnetflußumlenkwicklungen mit den Speiseklemmen verbunden sind,
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Fig. 4 veranschaulicht in mehreren Teildarstellungen die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung .
Gemäß den Zeichnungen umfaßt die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung einen Anker, bei dem ein rohrförmiger Dauermagnet 1 zwischen Polstücken 2 und 3 aus magnetischem Stahl angeordnet ist. Eine Stange 4 aus unmagnetischem Stahl erstreckt sich durch die Polstücke und trägt ebenfalls aus unmagnetischem Stahl bestehende Rohre 5, 6 und 7, die es ermöglichen, den Dauermagneten und die Polstücke mit Hilfe von sich an Beilegscheiben 9 abstützenden Muttern 8 miteinander zu verspannen. Die Rohre 5 und 7 sind in Lagern 10 und 11 gleitend geführt; die Lager 10 und 11 sind in ringförmige, stirnseitig angeordnete Polstücke 12 und 13 eines Gehäuses eingebaut, wobei die Bewegung des Ankers durch diese Polstücke begrenzt wird. Zwischen den Polstücken 12 und 13 ist ein rohrförmiges Jochteil 14 angeordnet. Das Jochteil 14 ist an einem Ende mit zwei durch einen Abstand getrennten, nach innen vorspringenden ringförmigen Polen 23 und 24 versehen, zwischen denen eine Wicklung 15 liegt. Eine weitere Wicklung 16 ist am anderen Ende des Jochteils 14 zwischen zwei ähnlichen ringförmigen, nach innen vorspringenden Polen 25 und 26 angeordnet. Die radiale Länge der Pole 23 bis 26 ist so gewählt, daß ein enger Luftspalt zwischen den Polen einerseits und den Polstücken 2 und andererseits vorhanden ist. Weitere Magnetflußumlenkwicklungen 17 und 18 sind in Ringnuten auf der Innenseite der Polstücke 12 und 13 angeordnet»
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Die Bewegung des Ankers wird durch Gleichstromimpulse gesteuert, die durch die Magnetflußumlenkwicklungen geleitet werden; die Speiseschaltung für diese Wicklungen ist in Pig. dargestellt, ϊ/enn sämtliche Wicklungen gleichzeitig eingeschaltet würden, würde der Magnet 1 entmagnetisiert. Um dies zu verhindern, sind gemäß Fig. 3 in den Stromkreisen der Wicklungen 17 und 18 Dioden 21 und 22 vorgesehen, so daß in jedem Zeitpunkt jeweils nur eine dieser Wicklungen zur Wirkung gebracht werden kann.,
Vienn der Anker jeweils in seine andere stabile Stellung gebracht werden soll, wird ein Impuls über die Klemmen 19 und 20 zugeführt, wobei die Polarität dieses Impulses derart ist, daß die Klemme 19 gegenüber der Klemme 20 positiv ist; auf diese Weise werden die Wicklungen 15, 16 und 18 eingeschaltet. Gemäß Pig. 4b sind während der anfänglichen Bewegung des Ankers die Magnetflußbahnen der Wicklungen 16 und 18 offen, und die Abwärtsbewegung des Ankers wird dadurch bewirkt, daß der Magnetfluß in dem Pol 24 stärker ist als derjenige in dem Pol 23. Sobald der Anker gemäß Pig. 4c seine mittlere Stellung erreicüt, wird der Magnetflußweg der Wicklung 16 geschlossen, und die Abwärtsbewegung des Ankers wird dadurch aufrechterhalten, daß der Magnetfluß in den Polen 24 und 26 stärker ist als derjenige in den Polen 23 und 25. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Ankers wird gemäß Fig. 4d der Magnetflußweg der Wicklung 15 geöffnet, während der Magnetflußweg der Wicklung 18 geschlossen wird, um den Magnetfluß in dem Polstück 13 zu Verstärkern, und so den Anker gemäß Pig. 4e in die andere » stabile Stellung zu bringen. Wenn über die Klemmen 19 und 20
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kein Impuls mehr zugeführt wird, wird der Anker durch den Dauermagneten 1 in der jetzt erreichten Stellung festgehalten.
Wenn es erforderlich ist, den Anker ig. seine Ausgangsstellung zurückzuführen, so äann dies leicht dadurch bewirkt werden, daß man einen Impuls über die Klemmen 19 und 20 zuführt, so daß die Klemme 20 gegenüber der Klemme 19 positiv wird, In diesem Fall wird die Diode 22 abgeschaltet, und nur die Wicklungen 15, 16 und 17 werden eingeschaltet.
Wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit kann der Anker abprallen oder springen, bevor er endgültig zur Huhe kommt, und daher kann es sich als erforderlich erweisen, dafür zu sorgen, daß der über die Klemmen 19 und 20 zugeführte Impuls genügend lang ist, um sicherzustellen, daß der Anker in der gewünschten Stellung zur Ruhe gebracht wird.
Es hat sich gezeigt, daß es mit Hilfe einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art möglich ist, den Anker im Vergleich zu den bis jetzt bekannten elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen über eine etwas größere Strecke zu bewegen. Durch eine Vergrößerung der Zahl der Wicklungen und der ihnen zugeordnetenPole und durch geeignetes Schalten der Wicklungen ist es möglich, die Bewegungsstrecke des Ankers noch weiter zu vergrößern. Ferner kann man die Bewegungsstrecke des Ankers dadurch verändern, daß man den Polstücken 2, 3f 12 und 13 eine andere Form gibt.
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Eine solche Betätigungsvorrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Steuerung der Betätigung elektrischer Schalter, bei denen es sich gezeigt hat, daß es erforderlich ist, einen größeren Abstand zwischen den festen und den beweglichen Kontakten herbeizuführen und außerdem die länge der Wischbewegung zwischen den festen und den beweglichen Kontakten zu vergrößern.
Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu Verlassen. Beispielsweise kann man den Dauermagneten 1 durch einen Elektromagneten ersetzen, ferner könnte man die Polstücke mit Schlitzen versehen, um die Wirbelstromverluste zu verringern, die zu einer Verlangsamung der Bewegung des Ankers führen.
Patentansprüche t
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Claims (10)

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PATENTANSPRÜCHE
/1J' Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung mit zwei ferromagnetischen Bauteilen, die relativ zueinander in axialer Richtung bewegbar sind, einem Dauermagneten oder einem Elektromagneten zum Erzeugen eines Magnetflusses in einem die beiden Bauteile umfassenden geschlossenen magnetischen Kreis, wobei die beiden Bauteile jeweils in der einen oder der anderen von zwei stabilen Stellungen festgehalten werden, sowie mit mehreren Magnetflußumlenkwicklungen zum Verändern des Verlaufs des geschlossenen magnetischen Kreises, dadurch gekennzeichnet , daß die Wicklungen aufeinander folgende Relatxvbewegungen zwischen den beiden Bauteilen zwischen einer stabilen Stellung und der anderen stabilen Stellung herbeiführen.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eines der beiden Bauteile mehrere paarweise in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Pole (23 bis 26) trägt, und daß die jedes Paar bildenden Pole durch einen axialen Abstand getrennt sind, wobei zwischen den Polen jedes Paars eine Magnetflußumlenkwicklung (15, 16) angeordnet ist, und wobei die Polpaare so angeordnet sind, daß sie nacheinander mit einem Überbrückungspol (2, 3) des anderen Bauteils zusammenarbeiten, um es der betreffenden Magnetflußumlenkwicklung zu ermöglichen, den Verlauf des
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geschlossenen magnetischen Kreises zu vsrändern und so die .Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen einzuleiten.
3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte andere Bauteil mit einem ersten und einem zweiten Überbrückungspol (2, 3) versehen ist, daß die Abmessungen der Überbrückungspole und ihr gegenseitiger Abstand so gewählt sind, daß dann, wenn der erste Überbrückungspol anfänglich mit einem ersten der Polpaare zusammenarbeitet, der zweite Überbrückungspol nur mit einem zweiten der Polpaare zusammenarbeitet, und daß die durch die Magnetflußumlenkwicklung für das erste Polpaar eingeleitete Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen den zweiten überbrückungspol veranlaßt, mit beiden Polen des zweiten Polpaars zusammenzuarbeiten, um es der betreffenden Magnetflußumlenkwicklung zu ermöglichen, eine weitere Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen einzuleiten.
4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eines der beiden Bauteile einen Anker bildet, daß das andere der beiden Bauteile ein Gehäuse für den Anker bildet, und daß alle Magnetflußwicklungen durch das Gehäuse unterstützt werden.
5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das ein rohrförmiges Jochteil (14) umfaßt, wobei die beiden Polpaare durch innenliegende ringförmige Pole gebildet werden, die an dem Jochteil ausgebildet sind.
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6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet , daß nahe jedem Ende des rohrförmigen Jochteils ein Paar der innenliegenden ringförmigen Pole angeordnet ist.
7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse mit stirnseitigen Abschlußstiicken (12, 13) versehen ist, durch die die Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Anker begrenzt wird, und daß jedes dieser Abschlußstücke eine der Magnetflußumlenkwicklungen trägt und jeweils einen Pol für die zugehörige Wicklung bildet.
8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet (1) einen Bestandteil des Ankers bildet, eine rohrförmige Gestalt hat und zwischen scheibenförmigen Polstücken (2, 3) angeordnet ist.
9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker durch eine Stange (4) unterstützt wird, die auf der Längsachse der Betätigungsvorrichtung angeordnet und in in das Gehäuse eingebauten Lagern (10, 11) gleitend geführt ist.
10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7 in Abhängigkeit von Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetflußumlenkwicklungen in Form von zwei Sätzen angeordnet sind, wobei jeder Satz eine der durch das Jochteil unterstützten Wicklungen umfaßt, wobei die durch die stirnseitigen Abschlußatücke unterstützten Wicklungen zu verschiedenen ■Wicklungssätzen gehören, und wobei ein Satz von Wicklungen
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eingeschaltet werden kann, wenn der Anker gegenüber dem Gehäuse in einer ersten Richtung bewegt werden soll, während der andere Satz von Wicklungen eingeschaltet werden kann, wenn der Anker gegenüber dem Gehäuse in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden soll·
11· Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Wicklungen mit einer Gleichstromimpulsquelle verbunden werden können, mittels deren der Betätigungsvorrichtung ein Impuls einer bestimmten Polarität zugeführt werden kann, wenn der Anker gegenüber dem Gehäuse in einer ersten Richtung bewegt werden soll, und mittels deren der Betätigungsvorrichtung ein Impuls der entgegengesetzten Polarität zugeführt werden kann, wenn der Anker und das Gehäuse in der entgegengesetzten .Richtung relativ zueinander bewegt werden aollen·
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